浅谈用户无功补偿的意义与方法

【摘 要】电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡。无功补偿是电力系统广泛采用的改善电网质量 、节能降损最经济有效的方法之一 。提高电网用户的功率因数水平，对电网的经济运行及用户经济利益有重大意义。本文对无功补偿的原理、种类、特点、作用以及实际应用中所产生的经济效益等进行了论述。

【关键词】功率因数；无功补偿；经济效益

引言

在电力系统中，由于电感 、电容元件的存在 ，造成系统中不仅存在着有功功率，而且存在无功功率。合理配置无功功率补偿容量，可以降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。因此，敦促用户提高功率因数的意义不仅在于有利电网安全可靠运行，还可以使用户降低能源支出，提高经营效益。

1 无功补偿的原理

电网输出的功率包括两部分： 一是有功功率，直接消耗电能，把电能转变为机械能、热能、化学能或声能；二是无功功率，不消耗电能，只是把电能转换为另一种形式的能。无功补偿的原理是使用并联容性功率负荷的方式对感性功率负荷进行无功补偿，利用容性负荷输出的无功功率补偿感性负荷所需要的无功功率。

2 无功功率补偿的作用

2.1 功率因数提高，可以降低线损

线损公式为如下：

ΔP =（P/U×cosφ）2×R，

由公式的函数增减性质可知，功率因数升高，线路损耗降低。

2.2 功率因数提高可以降低线路电流

线路电流公式如下：

I=P/（U×cosφ），

对于一定额定电压U的线路输送一定的功率P时，因为其线路电阻（R）是固定值，所以提高功率因数能够在输送相同的功率时降低线路电流；同样，提高功率因数可以减小导线截面，降低建设成本。

2.3 功率因数提高可以降低线路压降

进行无功补偿后，功率因数提高，线路电流降低，由公式：ΔU=ΔIR可知，线路压降降低（R为固定值）。

2.4 功率因数提高可以降低变压器铜损

对于一台变压器当功率因数提高时损耗降低率为：

θ=（ΔP/ΔP1）×100% （1）

θ=（I12R-I22R）/ I12R×100% （2）

θ=[1-（cosφ1/cosφ2）2]×100% （3）

当功率因数由0.85提高到0.95时，通过上式计算，可求得有功损耗降低20%。当功率因数由0.55提高到0.65时，通过上式计算，可求得有功损耗降低28%。在三相系统中输送功率P= 3UIcosφ不变情况下，功率因数的提高带来电流的减小。假设I1为进行无功补偿前变压器的电流，I2为补偿后变压器的电流，铜损分别为ΔP1，ΔP2；铜损与电流的平方成正比，即

ΔP1/ΔP2=I22/I12

因为P1=P2，认为U2≈U1时，即I2/I1=cosφ1/cosφ2

可知，功率因数从0.85提高至0.95时，铜耗相当于原来的

80%。

2.5 提高功率因数，减少了客户投资运行成本

对于用户原有供电设备来说，同样的有功功率，如果能够提高功率因数，便可以减小负荷电流。由此发挥了负荷电流流经的变压器、导线、开关等设备的功率储备，发挥了设备的潜力。而对新建项目来说，这样可以降低变压器配置容量，减少投资费用与运行后的基本电费。

例如某变压器额定电压为10kV，容量800kVA，额定电流是46.2A，当变压器在功率因数等于0.7时可带有功负荷：

P= UIcosφ

= ×10×46.2×0.6

=560kW

当变压器在功率因数由0.60提高到0.90时可带有功负荷：

P= UIcosφ

= ×10×46.2×0.9

=720kW

由以上分析可得：提高功率因数可以（1）使系统的线路电压损失减小，有利于系统电压的稳定，有利于大电机起动。（2）使系统的线路电流减小，降低系统有功损耗。（3）充分利用系统和设备容量降低系统和设备的投资。

3 无功功率补偿的种类和特点分类

电容器按其安装方式一般可分为：单独就地补偿、组合就地补偿（分散就地补偿）和集中补偿；由其补偿方式又可分为：手动补偿和自动补偿。

3.1 单独就地补偿

单独就地补偿是指将电容器对电动机单独补偿。电容器接在电动机端子上或保护设备的末端，一般不需要电容器操作保护设备，称为直接单独就地补偿。

3.2 组合就地补偿（分散就地补偿）

组合就地补偿是指将电容器接在高压配电装置或动力箱的母线上，对此动力箱供电的电器设备进行无功补偿。其多安装于用户车间变电所或车间动力箱，是用户的重要补偿方式。同时可用于平衡车间内部的无功容量。

3.3 集中补偿

集中补偿是指在高低压配电间内设置若干组无功补偿柜。补偿用的电容器接在配电间母线上，用以补偿该变电所供电范围内的无功功率。集中补偿可以对供电范围内的所有负荷进行补偿，所以一般安装于用户主变电所，是用户主要的基础补偿，用于平衡全厂的无功容量。

4 无功补偿装置选择及其应用

（1）对负荷平稳 、大型冲击负荷不多、冲击不频的系统优先采用静态补偿；或虽有大型冲击负荷，每日投切次数很少，起动时虽造成瞬时电压波动，只要与之相连的母线其他设备能够承受的，宜采静态补偿。如连续工作制为主的棉纺企业，用电负荷主要为连续工作制电动机，三相负载基本平衡 ，无功补偿量稳定，采用静态补偿即可。

（2）对大型冲击负荷 、非线性负荷 、频繁起动负荷的系统宜采用动态补偿或有源补偿。如炼钢企业、电弧炉，设备容量大、负荷变化无规律，负荷冲击无功负荷瞬时变化大，选用动态补偿或有源补偿可稳定母线电网电压，提高生产效率。